中压电网的接地方式070921

北京紫光测控有限公司李华刚2007.9中压电网系统接地方式及低电阻接地系统零序电流保护设置一、中压电网的定义二、电力系统中性点接地运行方式三、谐振接地和低电阻接地方式的比较四、低电阻接地系统零序电流保护设置主要内容：一、中压电网的定义◆按电压等级分：3kV、6kV、10kV、35kV、66kV。◆按地域范围分：城市电网和农村电网。◆电网构建分：架空线路电网、电缆线路电网和混合电网。二、电力系统中性点接地运行方式1、电力系统接地概念及中性点接地方式分类1.1.电力系统接地概念将电气设备的中性点、外壳、支架等与接地装置作良好的电气连接称为接地。按照接地的性质可分为：工作接地和保护接地。◆工作接地：为保证电气设备的安全运行将电力系统中的某些点与接地装置进行可靠连接的接地方式。◆保护接地：为防止绝缘损坏的漏电或感应电而造成的触电危险而将电气设备外壳与接地装置进行可靠连接的接地方式。以下重点讨论的是电力系统的中性点工作接地运行方式，所谓电力系统中性点接地是指发电机、变压器的中性点的接地运行方式。1.2.电力系统中性点接地方式分类分类方式1：四种基本接地方式◆中性点不接地；◆中性点直接接地。◆中性点经消弧线圈接地（也称叫谐振接地）；◆中性点经电阻接地（分为：中阻接地，低阻接地）；分类方式2：两类五种接地方式（按照接地电流大小来分）（1）大接地电流系统：特点是单相接地时故障无论是瞬间还是永久性的，由于电弧不能自行熄灭，故障回路一律跳闸。◆中性点直接接地◆中性点经低电阻接地（2）小接地电流系统：特点是单相瞬间接地电弧可以自动熄灭，一般不跳闸。◆中性点不接地◆中性点谐振接地◆中性点经高电阻接地a、中性点不接地系统b、中性点直接接地系统c、中性点经消弧线圈接地系统d、中性点经电阻接地系统1.3.接地方式与系统零序阻抗的关系◆系统零序电压U0、零序电流I0和零序阻抗Z0：◆所谓零序阻抗Z0是指单相接地时I0所经回路的阻抗，包括两个部分：◆Z10：故障点与中性点之间的网络回路阻抗◆Z20：故障点与中性点之间大地回路阻抗◆不同的接地方式只不过是Z0大小不同而已。000/IUZ20100ZZZ2、影响电力系统接地方式选择的因素◆中性点接地方式与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、零序过电流保护、通信干扰、接地装置等密切相关。◆中性点接地方式是系统防止事故的重要技术手段，是系统安全运行的主要技术问题之一（理论研究和实践经验结合）。◆中性点接地方式是系统构建的主要经济问题之一（绝缘配合、系统现状和发展规划的综合考虑）。因此，电力系统接地方式的选择是一个集安全性、技术性及经济性的系统工程，需综合考虑精心设计，正确解决一、二次系统的协调配合来实现。确定中性点接地方式时必须考虑的几个技术问题（1）保证供电的可靠性；（2）单相接地时健全相的工频电压升高尽可能小；（3）单相接地时尽量降低中性点过电压水平；（4）单相接地时故障电流应限制在对通信线路干扰的允许范围之内；（5）供电系统的选择；（5）单相接地故障线路的继电保护应有足够的灵敏度和选择性。3、电力系统中性点接地方式发展过程◆发展初期，电力系统容量小，由于对电气设备耐受频繁过电流冲击的能力估计过高，而对过电流的危害估计不足，因此单相接地时工频电压升高是成为当时的主要问题和矛盾，中性点多采用直接接地方式。◆随着电力系统容量不断扩大，单相接地故障增多，断路器经常跳闸造成频繁停电，可靠性差，从而中性点改为不接地方式。◆后来电力传输容量增大，距离延长，电压等级升高，单相接地时，单相接地时电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭,间歇电弧产生弧光过电压（最高到达4倍相电压）导致事故扩大，大大降低了系统运行可靠性。采取两种方法：（1）中性点经消弧线圈接地（谐振接地），自动消除瞬间单相接地故障。（德国）（2）中性点直接接地和经低电阻、低电抗接地，继电保护瞬时跳开故障线路。（美国）4、我国电力系统中性点常用接地方式(1)330kV及以上超高压系统采用中性点直接接地方式；(2)110～220kV高压系统采用中性点直接接地，部分变压器中性点不接地方式；(3)3～66kV中高压系统通常采用中性点不接地方式或谐振接地方式，进入80年代后少数城市电网及部分工矿企业采用低电阻或高电阻接地方式。一般情况：(1)单相接地电容电流小于10A时采用不接低系统；(2)单相接地电容电流大于10A时多采用谐振接地系统；(3)6～35kV主要由电缆构成配电网，单相接地电流较大时可采用低电阻接地的方式5、几点结论（1）中压电网接地方式要解决的问题是单相接地故障时非故障相工频电压升高以及电弧过电压与接地零序电流之间的矛盾。（2）两类五种接地方式实际上可以归纳到零序阻抗的大小不同而已。（3）单相接地电流的电弧能否自行熄灭是界定两类接地方式的充分必要条件。（4）谐振接地和低电阻接地方式是中压电网中具有代表性的两种方式。两者均是为了限制单相接地故障时的电弧过电压（均可限制小于2.8倍以下）而提出来的三、谐振接地和低电阻接地方式的比较1.两种接地方式对供电可靠性的比较（1）单相接地故障绝大多数是瞬时性的，采用消弧线圈接地的小电流接地系统，接地电弧可以自行熄灭，无须跳闸，故供电可靠性高。（2）永久性单相接地故障可以通过微机小电流接地装置自动识别，必要时可以自动跳开故障线路，但目前识别率不能达到100%。（3）采用低电阻接地方式，由于短路电流较大，必须跳开单相接地故障线路，影响连续供电，故供电可靠性不高。（4）采用低电阻接地方式的电网，必须增大备用容量保障供电连续性。2.两种接地方式对设备安全的影响设备安全主要考虑两个因素：a.单相接地故障电流大：引起电气设备故障或火灾；b.中性点电位升高：绝缘损坏或老化。（1）消弧线圈接地方式能限制单相接地故障电流，但谐振时中性点电位会升高，存在弧光接地过电压、变压器高压绕组过电压及铁磁谐振过电压等。（2）低电阻接地方式不能限制单相接地故障电流，但中性点电位较低。3.两种接地方式对人身安全的影响（1）低电阻接地方式的电网在单相接地故障跳闸之前，在中性点及故障点附近会形成危险的接触电压和跨步电压。（2）消弧线圈接地方式能限制单相接地故障电流，在中性点及故障点附近不会形成危险的接触电压和跨步电压。案例：美国加州采用低电阻接地系统而瑞典采用谐振接地。低电阻接地与谐振与接地方式的死亡率16：1，烧伤12：14.两种接地方式对继电保护选择性的影响（1）低电阻接地方式的由于接地电流大，便于接地保护的整定，灵敏度高、选择性好。（2）消弧线圈接地方式的选择性差，选线困难。（3）采用微机自动选线装置能弥补消弧线圈接地方式的保护选择性差的不足。基本原理：◆基波电流及基波功率方向◆5次谐波电流及5次谐波功率方向◆信号注入法◆小波分析法5.两种接地方式对通信线路的影响（1）对通信干扰的主要形式：电磁耦合、静电耦合、地中电流传导（引起通讯系统接地装置电位升高）和高频电磁辐射。（2）消弧线圈接地电网中接地电阻接近无穷大，接地电流小，通信干扰以静电电容器耦合为主，通讯干扰较小。（3）低电阻接地电网零序零序阻抗较小，单相接地电流很大，通信干扰以电磁耦合为主，通讯干扰严重。（4）限制单相接地故障电流是防止通信干扰的有效措施。6.结论（1）谐振接地方式优缺点：◆供电可靠性高；◆瞬间故障能自行熄弧；◆人身及设备安全性好；◆通信干扰小；◆继电保护选择性差；◆运行管理简单。（2）低电阻接地方式优缺点：◆供电可靠性差；◆故障点的地电位高，人身及设备安全性不好；◆通信干扰大；◆继电保护选择性好；◆运行维护简单。四、低电阻接地系统零序电流保护1.零序电流保护的接线方式（1）零序电流由三相CT二次电流合成的接线方式：零序电流由3相CT二次电流合成，不单独装设零许电流互感器。零序电流三相CT二次电流合成方式的缺点：正常运行时不平衡电流构成零序电流。..........Iub=Ia+Ib+Ic=(IA-IEA)/n+(IB-IEB)/n+(IC-IEC)/n......=(IA+IB+IC)/n–(IEA+IEB+IEC)/n...=–(IEA+IEB+IEC)/n...CT等值电路（2）零序电流由单独装设的零序电流互感器引出的接线方式：本方式的特点是零序电流没有误差....3I0=(IA+IB+IC)/n（3）低电阻接地系统不能采用两CT三元件保护接线方式：...图中：Ib=-(Ia+Ic)本方式的缺点是B相电流误差较大，导致B相的其它电流保护不能准确动作.......3I0=Ia+Ib+Ic＝＝＞Ib=3I0-(Ia+Ic)正是由于有3I0的存在，使得Ib出现误差。2.低电阻接地系统零序电流保护的整定计算\定值整定：保护装置动作电流按躲开负荷尖峰电流引起电流互感器不平衡电流Idz=Kk*⊿f*IpKk---可靠系数，取1.2⊿f---电流互感器的最大相对误差，取0.05∽0.1Ip—负荷尖峰电流，灵敏度系数校验：Km=I0/Idz≥2参考书目：1、《中压电网系统接地适用技术》电力出版社李润先编著2、《电力系统接地》电力出版社要换年曹梅月编著3、《电力系统分析》电力出版社李光琦编著4、《电力系统继电保护原理》电力出版社贺家李宋从矩编著5、《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社谢谢！